【摘要】：大型越江海隧道在促進城市和地區(qū)的經(jīng)濟與社會可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮著重要作用。開挖面穩(wěn)定是確保水下盾構(gòu)隧道施工安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié),尤其是隧道上覆水頭較高時,開挖面的穩(wěn)定將更加難以控制。本文通過采用離心模型試驗和三維有限差分?jǐn)?shù)值模擬兩種方法,對水下盾構(gòu)隧道開挖面失穩(wěn)過程進行模擬,研究開挖面的極限泥漿支護力和開挖面失穩(wěn)破壞規(guī)律,主要工作和研究成果如下:(1)研制了一套包括隧道支護體系、泥水平衡加壓系統(tǒng)、動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)在內(nèi)的以隧道開挖面失穩(wěn)過程為研究對象的離心模型試驗裝置,能夠?qū)崿F(xiàn)不同水壓環(huán)境下考慮泥漿滲透成膜條件的開挖面支護模式,進行了兩組隧道上覆水頭高度為0.9MPa及1.2MPa工況的高水壓環(huán)境下盾構(gòu)開挖面漸進失穩(wěn)破壞過程的離心模型試驗?zāi)M。(2)離心模型試驗中布設(shè)了微型壓力傳感器,監(jiān)測并分析不同水壓情況下盾構(gòu)掌子面前方土水壓力分布,探明了不同水壓條件下開挖面前方土壓力及孔隙水壓力的分布形式及其隨泥漿支護壓力不斷減小的變化規(guī)律,揭示了盾構(gòu)隧道在開挖面失穩(wěn)過程中前方區(qū)域土拱效應(yīng)的發(fā)展及開挖面的漸進破壞過程。(3)采用PIV(Particle Image Velocimetry)顆粒圖像測速系統(tǒng)監(jiān)控量測豎直平面內(nèi)的土體位移,分析得出不同水壓條件下開挖面土體漸進失穩(wěn)滑移模式。(4)利用有限差分法軟件FLAC3D對不同水頭高度時泥水盾構(gòu)隧道開挖面的穩(wěn)定性能進行了三維流固耦合研究,結(jié)合離心模型試驗結(jié)果對開挖面極限支護力、失穩(wěn)破壞模式等進行了對比分析,同時對不同隧道埋深比以及不同水壓大小的情況下隧道開挖面的穩(wěn)定性能進行了研究。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U455.4
【圖文】：

逑口，邐＾邐橫通道逡逑圖１－２英法海峽隧道橫斷面圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋Ｃｒｏｓｓ邋ｓｅｃｔｉｏｎ邋ｍａｐ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｃｈａｎｎｅｌ邋ｔｕｎｎｅｌ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋Ｅｎｇｌｉｓｈ邋ａｎｄ邋Ｆｒｅｎｃｈ邋Ｓｔｒａｉｔｓ逡逑丹麥斯多貝爾特大海峽隧道［ｌ６］：丹麥斯多貝爾特大海峽通道工程連接菲英島逡逑與西蘭島及哥本哈根，全長１８ｋｍ，為橋隧相接方式，其中隧道長７．９ｋｍ，為鐵路逡逑和公路兩用。隧道位于３Ｄ地質(zhì)模式區(qū)段，地質(zhì)形成是由于經(jīng)過冰漬和泥灰?guī)r層逡逑狀地層冰川侵蝕和冰漬、泥灰?guī)r覆蓋在石灰層所致。大海峽隧道埋深在冰漬和泥逡逑灰?guī)r之間，隧道中心底部至下面石灰?guī)r地層的間距不超過ｌ0ｍ，如圖１－３所示。逡逑冰潰層與砂質(zhì)冰漬處于互層狀態(tài)（主要夾有粉砂層或砂質(zhì)粘土層）。泥灰?guī)r地層呈逡逑開裂狀態(tài)，伴隨出現(xiàn)有軟弱夾層的斷裂破碎地帶。另外，海底地下水的氯化程度逡逑為１９００ｍｇ／Ｌ，幾乎與海水相差無兒。大海峽中央１．６ｋｍ處，隧道在海平面７５ｍ逡逑下通過，該處海水深度達５５ｍ，在這個最低點，靜水壓力最大，而隧道覆蓋層要逡逑求最小。這對盾構(gòu)和橫通道施工都是非常惡劣的地層。兩條主隧道內(nèi)徑７．７ｍ，間逡逑距２５ｍ

和公路兩用。隧道位于３Ｄ地質(zhì)模式區(qū)段，地質(zhì)形成是由于經(jīng)過冰漬和泥灰?guī)r層逡逑狀地層冰川侵蝕和冰漬、泥灰?guī)r覆蓋在石灰層所致。大海峽隧道埋深在冰漬和泥逡逑灰?guī)r之間，隧道中心底部至下面石灰?guī)r地層的間距不超過ｌ0ｍ，如圖１－３所示。逡逑冰潰層與砂質(zhì)冰漬處于互層狀態(tài)（主要夾有粉砂層或砂質(zhì)粘土層）。泥灰?guī)r地層呈逡逑開裂狀態(tài)，伴隨出現(xiàn)有軟弱夾層的斷裂破碎地帶。另外，海底地下水的氯化程度逡逑為１９００ｍｇ／Ｌ，幾乎與海水相差無兒。大海峽中央１．６ｋｍ處，隧道在海平面７５ｍ逡逑下通過，該處海水深度達５５ｍ，在這個最低點，靜水壓力最大，而隧道覆蓋層要逡逑求最小。這對盾構(gòu)和橫通道施工都是非常惡劣的地層。兩條主隧道內(nèi)徑７．７ｍ，間逡逑距２５ｍ，采用土壓平衡盾構(gòu)掘進，每間隔２５０ｍ設(shè)置一條直徑４．５ｍ的橫向通道。逡逑主隧道采用預(yù)制混凝土管片拼裝而成，橫通道采用厚１３５ｍ的球墨鑄鐵管片作襯逡逑砌。在主隧道與橫通道接合口部，主隧道的襯砌斷面要有變化，使直徑４．５ｍ的逡逑橫通道施工簡單化

上海上中路越江隧道【１８１：隧道全長２．８ｋｍ，外徑１４．５ｍ，內(nèi)徑１３．２ｍ。隧道逡逑沿線地層主要為灰色淤泥質(zhì)土、灰色砂質(zhì)粉土、灰（綠）色粉質(zhì)黏土及草黃色粉逡逑細砂，如圖１－５所示。由于隧道內(nèi)部較大，故建設(shè)了上下層的聯(lián)絡(luò)通道，兩條隧逡逑道之間沒有橫向聯(lián)絡(luò)通道。逡逑｜邐邋ｒ《．．邐《一邋邋邐邋ｒ邋……－？邋ｒ邋邐（逡逑？邋？，？邋ｉ邋．．．．．．＿＿＿邋邋一、￣邐邐邐二＼邋＇？邋？邋＇．＇．＇ＡＺＺｙ邐ｊ邋？？？？■？邋ｒ邋—．邋：邐－邋￣邐．．邋．邋４邐ｓ逡逑ｉ邋Ｖｙ＊ｉ邋ｌ邐ｌ邋．．１邋一—！邐Ｉ邐ｊ邐ｉ邋＞邋Ｉ邋ｉ邋＞邋ａ邋ａ邋？邋ａｉｌ邋．ｔ邐＾邋？邋Ｉ邋１邋ｉ邋Ｉ邋＊邋＊邋＊邋ｉ邋ｉ邋ｔ邋１邐ｉ邋＊１邐ＨＩ邋１邋丨邋１＊＊１邋．Ｔ邋ｉ邋＊１邋？邋ｊ邋Ｔ＊Ｙ邋丨ＶＨｔｌｆ邋Ｔ＊￣ｆ邋Ｖｊ邐＾邋｜邐１邋＇邋｝邋１邋）邐ＩＡ邋ｉ？邋＊邋＝邋Ｉ邋＞邋ｔ邋ｔ邋＇邋ｉ邋ｒ邋＊邐＊邋？邋Ｉ邋ｉ邋＊邋ｉ邋ｉ邋？邋ｉ邋ｉ邋ｉ邋丨邐．ｉ．：：，邋＊邋？邋ｔ＊ｉ邋＜邋＊邋？逡逑ＩＦｗＨｆＨＥｉｉＥｊｊｐｌｉｉＢ逡逑圖１－５上海上中路越江隧道地質(zhì)縱斷面示意圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－５邋Ｓｈａｎｇｈａｉ邋Ｓｈａｎｇｚｈｏｎｇ邋Ｒｏａｄ邋Ｙｕｅｊｉａｎｇ邋Ｔｕｎｎｅｌ邋Ｇｅｏｌｏｇｙ邋Ｖｅｒｔｉｃａｌ邋Ｓｅｃｔｉｏｎ逡逑武漢長江隧道［１９］：隧道盾構(gòu)施工段共計２５５０ｍ長，歷史最高洪水位２９．７６ｍ；逡逑如圖１－６所示，隧道約１０ｍ內(nèi)徑，隧道內(nèi)橫向聯(lián)絡(luò)通道僅在隧道兩端豎井處。在逡逑江中段隧道左線最小覆土厚度為ｌ0．５ｍ

【參考文獻】

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本文編號：2775974